深刻理解JDK中线程池的使用

一、线程池状态

线程结构关系

ThreadPoolExecutor使用int的高3位来表示线程池状态,低29位标识线程数量.

注意 : 第一位为符号位,所以RUNNING状态为负数,最小.

这些信息存储在一个原子变量ctl中,目的是将线程池状态与线程个数合二为一,这样就可以用一次cas原子操作进行赋值.

java 复制代码

// c 为旧值,ctlOf返回结果为新值
ctl.compareAndSet(c,ctlOf(targetState,workerCountOf(c)));

// rs 为高3位代表线程池状态, wc 为低29位代表线程个数,ctl 是合并它们
private static inbt ctlOf(int rs,int wc)
{
    return rs | wc;
}

二、线程池七大核心参数

查看线程ThreadPoolExecutor的构造方法

corePoolSize: 核心线程数目(最终能够保留的最多的线程数)
maximumPoolSize: 最大的线程数目
keepAliveTime: 线程的生存时间,也就是空闲线程的存活时间(针对救急线程而不是核心线程)
unit: 存活时间的单位.
workQueue: 阻塞队列,核心线程数处理不过来的任务,首先都是放入阻塞队列当中
threadFactory: 线程工厂,可以给线程创建一个名字,方便日志追踪
handler: 拒绝策略.

(一) 拒绝策略

AbortPolicy: 让调用者抛出RejectedExecutionException异常,这是默认策略
CallerRunsPolicy: 让调用者直接调用run方法.
DiscardPolicy: 放弃本次任务
DiscardOldestPolicy: 放弃队列中最早的任务,将本任务取而代之.

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new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy() //默认,抛异常

new ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy()//直接放弃

new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy()//调用run

new ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy()//放弃最早的任务,也就是等待最久的任务

三、默认线程池

jdk帮我们默认实现了几种线程池

(一) newFixedThreadPool

java 复制代码

// 创建一个固定大小的线程池,核心线程数与最大线程数均为2,队列容量为Integer.MAX_VALUE
ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(2);

(二) newCachedThreadPool

java 复制代码

// 缓存线程池,核心线程数为0,最大线程数为Integer.MAX_VALUE,来一个任务就创建一个线程执行,
//队列为SynchronousQueue
//synchronized队列,只有线程来获取到任务,队列才可以往里面插入任务
//适合执行很多短期异步任务,每个线程存活时间为60s
ExecutorService threadPool1 = Executors.newCachedThreadPool();

(三) newSingleThreadExecutor

java 复制代码

// 单线程线程池,核心线程数与最大线程数均为1,队列容量为Integer.MAX_VALUE
//适合执行少量耗时的同步任务,每个任务都是串行执行
//一个任务抛出异常,其他的任务将会创建一个新的线程执行
ExecutorService threadPool2 = Executors.newSingleThreadExecutor();

四、自定义线程工厂

有时候我们可能需要排查日志,但是如果使用Jdk自带的线程工厂,会导致日志不清晰,不清楚这个线程池具体运用于哪种业务,所以我们需要自定义一个线程工厂来帮我们打印更有意义的日志

我们来查看一下JDK源码,看看JDK是如何打印线程日志的

原来是通过AtomicInteger原子性CAS操作,是线程数加1.所以我们查看的日志就是namePrefix拼凑而成.我们可以效仿这样的方式,实现一个自己的线程工厂.

如:

java 复制代码

public class LogThreadPoolFactory implements ThreadFactory {

    private static final AtomicInteger poolNumber = new AtomicInteger(1);
    private final ThreadGroup group;
    private final AtomicInteger threadNumber = new AtomicInteger(1);
    private final String namePrefix;
    //传入线程池的名字参数
    LogThreadPoolFactory(String prefix) {
        @SuppressWarnings("removal")
        SecurityManager s = System.getSecurityManager();
        group = (s != null) ? s.getThreadGroup() :
                Thread.currentThread().getThreadGroup();
        //如果传入是空值,则恢复原来的线程池名
        if(prefix == null || prefix.isEmpty()){
            prefix = "pool";
        }
        namePrefix = prefix + "-" +
                poolNumber.getAndIncrement() +
                "-thread-";
    }

    @Override
    public Thread newThread(Runnable r) {
        Thread t = new Thread(group, r,
                namePrefix + threadNumber.getAndIncrement(),
                0);
        if (t.isDaemon()) {
            t.setDaemon(false);
        }
        if (t.getPriority() != Thread.NORM_PRIORITY) {
            t.setPriority(Thread.NORM_PRIORITY);
        }
        return t;
    }
}

五、饥饿问题

(一) 问题描述

饥饿问题是指,由于线程池分工不明确,也就是线程池可以做很多事情,由于线程池资源有限导致,其他任务不能正常执行,而导致饥饿问题出现.举例说明:

也就是像在饭馆,如果一个人可以点菜又可以做饭,另一个人同样也可以.

两个人都是点完菜之后,然后自己进入厨房开始做饭.

突然来了两个顾客,然后两个人都去点菜了,导致没有人去做菜,导致饥饿问题产生

体现到代码层面为:

java 复制代码

// 饥饿问题: 线程池中线程数不足，导致任务积压，导致任务无法及时执行，导致程序卡死。
@Slf4j
public class HungryQuestionDemo {
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(2);
        threadPool.execute(()->{
            log.info("开始点餐");
            Future<String> future = threadPool.submit(() -> {
                String cooking = cooking();
                return cooking;
            });
            try {
                log.info("菜品为:{}", future.get());
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        });
        threadPool.execute(()->{
            log.info("开始点餐");
            Future<String> future = threadPool.submit(() -> {
                String cooking = cooking();
                return cooking;
            });
            try {
                log.info("菜品为:{}", future.get());
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        });
    }
    private static final Random RANDOM = ThreadLocalRandom.current();
    private static final String[] DISHES = {"肉夹馍", "火锅", "烤鸭", "麻辣烫"};
    public static String cooking(){
        return DISHES[RANDOM.nextInt(DISHES.length + 1)];
    }
}

执行结果

(二) 问题解决

我们明确线程池的分工,一个用来点菜,一个用来做饭,这样我们就能完美的解决问题.可以用上之前的自定义线程工厂

代码如下

java 复制代码

//分类使用线程池
@Slf4j
public class HungryDealMethod {
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService order = Executors.newFixedThreadPool(1, new LogThreadPoolFactory("点餐员"));

        ExecutorService cooker = Executors.newFixedThreadPool(1, new LogThreadPoolFactory("厨师"));

        order.execute(()->{
            log.info("开始点餐");
            cooker.submit(() -> {
                String cooking = cooking();
                log.info("菜品为:{}", cooking);
                return cooking;
            });
        });
        order.execute(()->{
            log.info("开始点餐");
            cooker.submit(() -> {
                String cooking = cooking();
                log.info("菜品为:{}", cooking);
                return cooking;
            });
        });
    }
    private static final Random RANDOM = ThreadLocalRandom.current();
    private static final String[] DISHES = {"肉夹馍", "火锅", "烤鸭", "麻辣烫"};
    public static String cooking(){
        return DISHES[RANDOM.nextInt(DISHES.length + 1)];
    }
}

执行结果

六、定时线程池

(一) Timer

在jdk5时,引入了Timer的工具类,用来处理定时任务的处理.但是他有很多的局限性.所以在后面基本不会被使用了.但是我们可以了解定时线程池的由来,解决Timer什么问题.

Timer实际上是采用了单线程模式,这样会导致所有定时任务都是串行执行.

java 复制代码

//timer 定时器: 定时执行任务,但是是单线程,串行执行
@Slf4j
public class TimerDemo {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Timer timer = new Timer();

        TimerTask task1 = new TimerTask() {
            @Override
            public void run() {
                log.info("task1");
                try {
                    Thread.sleep(2000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }
            }
        };
        TimerTask task2 = new TimerTask() {
            @Override
            public void run() {
                log.info("task2");
            }
        };
        log.info("start...");
        timer.schedule(task1,1000);
        timer.schedule(task2,1000);
        Thread.sleep(3020);
        timer.cancel();
    }
}

执行结果

注意到,task1的执行任务时长影响到了task2的开始执行时间.

(二) ScheduledThreadPool

我们可以自定义线程池的大小,使一些定时任务并行执行(注意看注释,能够很好的帮助理解)

java 复制代码

@Slf4j
public class ScheduleAPIDemo {
    public static void main(String[] args) {
        ScheduledExecutorService scheduledThreadPool = Executors.newScheduledThreadPool(2);
//        method1(scheduledThreadPool);
        log.info("start...");
        //2.按照固定速率执行任务,实际情况取间隔时间与执行时间的最大值,所以2秒后才执行第二次
        //如果执行时间大于间隔时间,则以执行时间为准
//        scheduledThreadPool.scheduleAtFixedRate(()->{
//            log.info("schedule task");
//            try {
//                Thread.sleep(2000);
//            } catch (InterruptedException e) {
//                throw new RuntimeException(e);
//            }
//        },1,1, TimeUnit.SECONDS);
        //3.按照固定时间间隔执行任务,等任务完成以后,才开始间隔时间的流逝,所以2+1=3秒后才第二次执行

        //注意:线程池执行任务中如若有异常发生,是不会影响其他任务的执行的,而且不会抛出异常,所以建议在任务中捕获异常,并进行处理
        //或者使用future.get()方法获取任务执行结果,如果有异常则获取的就是异常信息
        scheduledThreadPool.scheduleWithFixedDelay(()->{
            log.info("schedule task");
            try {
                Thread.sleep(2000);
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
        },1,1, TimeUnit.SECONDS);

    }

    private static void method1(ScheduledExecutorService scheduledThreadPool) {
        //1.多线程可以并行执行(解决Timer单线程串行执行问题)
        scheduledThreadPool.schedule(()->{
            log.info("schedule task1");
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
        },1, TimeUnit.SECONDS);

        scheduledThreadPool.schedule(()->{
            log.info("schedule task2");
        },1, TimeUnit.SECONDS);
    }
}

(三) 定时线程池的运用

假设我们现在需要每周四晚6点执行一个任务我们如何处理?

java 复制代码

//让在一个时间点执行定时任务
//每周四下午6点执行一次任务
@Slf4j
public class ScheduleTest {
    public static void main(String[] args) {
        ScheduledExecutorService scheduledThreadPool = Executors.newScheduledThreadPool(1);
        //获取到当前时间
        LocalDateTime now = LocalDateTime.now();
        //求得下一个定时任务执行的初始延迟时间
        LocalDateTime time = now.withHour(18).withMinute(0).withSecond(0).withNano(0).with(DayOfWeek.THURSDAY);
        System.out.println("start time: " + time);
        //如果求出来的time小于now,则time需要增加一周.
        if(now.isAfter(time)){
            time = time.plusWeeks(1);
        }
        long innitDelayTime = Duration.between(now, time).toMillis();
        System.out.println(innitDelayTime);
        System.out.println("proccess time: " + time);
        long period = 1000; // 1s
        //innitDelayTime,初始等待时间
        //period,间隔多长时间执行一次,也就是频率
        //第三个参数代表前面两个参数的时间单位
        scheduledThreadPool.scheduleAtFixedRate(()->{
            log.info("runnning...");
        },innitDelayTime,period, TimeUnit.MILLISECONDS);
    }
}